斯木塔斯水库蓄水初期坝体安全监测评价

余中平

（新疆水利水电工程项目管理有限公司,新疆 乌鲁木齐 835400）

0 引言

为了明确水库蓄水期安全鉴定的反馈信息,蓄水初期对枢纽主坝体进行变形、渗流及应力应变专项监测,掌握其运行状况,是准确评价工程安全运行的基础。安全监测通常依据建筑物结构特点和地形地质条件,布置变形、渗流渗压、应力应变等监测项目［1］,评价结论是蓄水安全鉴定的重要依据。

1 工程概况

斯木塔斯工程总库容1.449亿m3,工程等别为Ⅱ等工程,工程规模为大（2）型。工程主要建筑物包括主坝（混凝土面板砂砾-堆石坝）、副坝（混凝土面板砂砾坝）、表孔溢洪道、导流兼深孔泄洪洞、发电引水建筑物、厂房等。斯木塔斯水电站工程正常蓄水位1930.00 m,正常蓄水位下的库容1.296 亿m3,设计洪水位1930.44 m,校核洪水位1931.47 m。坝址以上流域面积2364 km2,坝址处多年平均流量45.66 m3/s,多年平均径流量为14.41×108m3。装机容量110 MW,年发电量3.165 亿kW·h,保证出力10.5 MW。

2 蓄水安全监测

2.1 坝体内部位移

2.1.1沉降

在水管式沉降仪安装埋设后7 d~15 d开始观测,典型断面0+60 测点沉降过程线见图1。

图1 典型断面沉降过程线

0+060断面坝体内部沉降观测成果表明：测点沉降在填筑期沉降速率较大,完成填筑后,测点沉降速率明显变缓,测点沉降符合工程填筑实际情况,当前沉降基本稳定。由测点累计沉降量图可见,断面分布上,坝轴线部位沉降量较两侧大,分布规律正常。观测沉降量最大值为419.8 mm,发生在1865.00 m高程的TC1-4 测点。由于观测时未同期观测观测房标点沉降,上述沉降量仅为测点相对于观测房的沉降量。实际最大累积沉降量要大于此值,该值在一般工程经验范围内。

2.1.2面板挠度

挠度分析利用面板下面垫层内的水管式沉降仪测点观测数据进行分析,观测数据见表1。

表1 面板下面的水管式沉降仪观测数据 单位：mm

位于0+060 断面的TC1-1、TC1-8、TC1-13测点分布于面板1866.10 m、1887.56 m、1913.00 m高程。由表可见,第一次到第二次观测期间蓄水前后,面板最大挠度自97.87 mm变化至114.89 mm,变化幅度17.02 mm,属小变形。但TC1-8测点在蓄水期间损坏,至第三次观测期间,TC1-1测点处挠度增大7.45 mm,TC1-13测点处挠度增大63.83 mm,虽无法确知TC1-8 测点处的挠度变化值,总体上尚可评价面板挠度变化一般,在同类工程经验范围内。

2.1.3坝体内部水平位移

0+060 断面分三层安装的共15个水平位移测点水平位移均较小,最大位移量约22 mm。坝体内部水平位移最大值发生在0+090 断面的1885.00 m高程EX2-1 测点（约57 mm）,其位移过程线图见图2。

图2 30+090断面水平位移过程线图

坝体内部水平位移除EX2-1测点位移量较大外,对于坝高超过百米的本工程而言,坝体内部水平位移均属小变形。但所有测点位移量均未同期观测观测房标点水平位移,故水平位移为相对于观测房的相对位移。坝体水平位移在工程经验范围内。

2.1.4界面位移

主坝位于狭窄河谷,河谷宽高比约1.46∶1,两岸坡较陡,易向河谷位移。位于坝轴线1910.00 m高程的坝体与岸坡结合部位的杆式位移计位移过程线见图3。监测结果表明：位移计处于受拉状态,左岸最大位移约14 mm,右岸最大位移约36 mm。位移变化主要受填筑影响,当前位移处于相对稳定状态,初期蓄水对其影响较小。

图3 主坝岸坡拉杆式位移计位移过程线图

2.2 接缝与周边缝

2.2.1接缝

位于两岸受拉区域的面板接缝单向测缝计2 支,其接缝开合度过程线见图4。

图4 面板接缝开合度过程线图

由图4 可见,面板接缝开合度变化与温度负相关,接缝随温度升高闭合,温度降低张开,符合一般规律。在初次蓄水过程中,右岸J3 测缝计处面板接缝开度随库水位抬高而增大,但开度介于0.2 mm~1.6 mm之间,接缝变化正常；右岸面板接缝J1 测缝计处接缝开度随水位抬高迅速增大,最大达4.5 mm,应加强观测和分析。

2.2.2周边缝

面板周边缝（含连接板与高趾墙间接缝、连接板与面板间接缝）三向位移观测结果见图5。

由图5 可见,初次蓄水后,面板周边缝开合度、面板沉降、滑移变化明显。周边缝开合度呈压缩趋势,最大开合度约-4 mm。面板不同部位沉降情况不一,最大沉降约24 mm,面板相对于趾板呈向河谷滑移,左岸最大滑移量约8 mm。

图5 面板周边缝变形过程线图

总体上讲,经初次蓄水观测,周边缝三向位移量均较小,变形正常,无影响安全的异常变形。

2.3 渗流监测

2.3.1渗流压力

（1）址墙前后

0+045 断面趾板前后埋设3 支渗压计,旨在监测帷幕灌浆+固结灌浆+址墙+面板构成的防渗体系的防渗效果。P1位于帷幕灌浆前,P2、P3 位于帷幕灌浆后,渗压计安装完成后,孔内采用水泥浆封堵,仪器电缆从孔口引出。P1、P2、P3三测点渗流压力水位过程线见图6。由图6可见,P1、P2、P3渗流压力水位随库水位同步升降,良好的相关性表明,三测点与库水间均存在良好的水力联系。

图6 P1,P2,P3测点渗流压力水位过程线

经追溯查考,认为P2 和P3 钢管内水泥浆封填不密实,库水通过P2 借用的灌浆管、或同时通过P3 电缆经趾墙与水平连接板间止水渗入,造成P2、P3 与库水相近。虽然目前这些渗入量有限,趾墙顶部回填的盖重也起到一定的阻渗作用,短时间内尚不至影响大坝安全,但随着时间的推移,该部位渗流场会逐渐恶化,可能会带来结构和渗流稳定问题。应结合坝后渗流量和坝基渗流压力观测,尤其是P2 和P3 渗流压力观测,密切关注该部位的渗流和结构安全问题。

（2）趾板后

沿周边缝趾板安装了6支渗压计,渗压计布置。

初次蓄水过程中,除位于上游河槽底部左侧趾板转角处的P11 测点监测到测值约47 kPa的水压力外,其余各测点的渗透压力均接近于0。P11 测点渗流压力水位见图7。由图可见,经初次蓄水,趾板后渗流压力值小（占总水头7%）,表明周边缝防水性能良好。但对照库水位过程线,可以看出该渗流压力水位对库水位很敏感,尤其是在库水位降落后有一个小的反弹,而渗流压力水位随之有个较大回升,甚至高于高库水位下的渗流压力水位,表明渗流条件恶化。如不是埋设问题,很可能该处出现局部渗漏,因该测点下游低高程的测点似未测出水头,应密切关注。

图7 P11测点渗流压力水位过程线图

2.3.2渗流量

由图8 可见,主坝在蓄水至1927.00 m高程时,最大渗流量约为40 L/s（放水后坝后回水淹没堰体,故为不连续过程线）,对坝后无潜流而言,此量值不大,属正常渗流。

图8 主坝渗流量过程线图

2.4 面板应力应变

2.4.1钢筋应力

在0+060断面钢筋混凝土面板1915.00 m和1865.00 m各埋设1支钢筋计,其应力过程线见图9。由图9 可见,钢筋应力与温度呈负相关关系,符合一般规律。经初次蓄水后,面板钢筋应力趋于平稳,拉压应力值均较小,应力变化正常。

图9 典型断面面板钢筋应力过程线图

2.4.2混凝土应变

主坝混凝土面板埋设的应变计典型过程线见图10。应变过程线所反映的应变值均较小,各被监测部位均未发现异常应变现象,应变变化与温度呈负相关关系,符合一般规律。

图10 顺坡应变计应变过程线图

3 观测成果评价

（1）主坝坝体观测沉降量最大值为419.8 mm,坝体内部沉降规律正常,其沉降值在一般工程经验范围内。坝体内部水平位移较小,观测到的最大水平位移为57 mm。经推算,面板挠度变化也较小。

（2）测缝计监测成果表明,周边缝及面板接缝变形较小,在工程经验范围内。

（3）表面变形观测数据表明,大坝沉降及水平位移均较小。坝顶标点直接坐落在坝顶混凝土路面,不满足规范要求,下闸蓄水前应对标点基础部分的混凝土路面进行切割处理,并重新测定基准值。

（4）坝基渗流压力很小,初次蓄水期间观测到的主坝最大渗流量约40 L/s,表明在初次蓄水期间大坝渗流状态较好。0+045 断面高趾墙后P2、P3测点渗压计因封孔不严而与库水相通,现状条件下,封孔渗入量有限,高趾墙上部已覆盖约14 m厚的粘土盖重起到一定的阻渗作用,短时间内不致影响大坝安全,但随着时间的推移,该部位渗流场会逐渐恶化,可能会带来结构和渗流问题,应密切关注其发展变化趋势,必要时应采取工程措施进行处理。

（5）面板钢筋应力及混凝土应变正常。